矿用变电站层次化保护系统设计

（同煤集团煤峪口矿供电科 山西 037003）

引言

作为矿井电力系统的重要组成部分，矿用变电站安全可靠的重要性不言而喻，目前，不同于一般的独立保护系统，矿用变电站系统采用层次化保护系统，主要是由继电保护和安全自动装置两大部分有机结合起来而组成，有效地避免了独立保护系统中电网遇故障问题时设备的动作时序固定及作用范围有限的缺点，矿区变电站层次化保护系统经过合理的设计，使得设备运行的协调性得到提升，有效保障了矿井下电网的稳定性。

1.矿用变电站层次保护系统概述

图1 层次化保护系统相关功能的时间范围

就地保护系统、站域保护系统和广域保护系统构成了矿用变电站的层次化保护系统。就地保护的特点是反应快速、准确，系统设计为保护独立元件，站域保护可综合多个设备的信息，对象为变电站，实现对独立变电站的智能化保护，广域保护则是综合多个变电站的信息做出保护判断。如图1所示为层次化保护系统相关功能的时间范围，在时间维度上，就地保护的时间在20-30ms之间，反应匀速几乎无延时，站域和广域保护可以用综合信息加速就地后备保护，后备保护为实现配合，保证可选择性和可靠性，反应速度上略有牺牲。

就地隔离保护的主要工作是将故障电气元件快速、可靠隔离，通过单个元件的信息做出反馈保证保护系统能够快速、可靠的保护电气元件。站域保护目标为优化矿区变电站的保护配置，站域保护采集变电站全站信息，集中决策，实现对供电站设备的保护，同时依靠站域保护实现备用电源在电网发生故障时自动投入、低周低压减载等控制功能。供电系统的自动化、智能化是广域保护的主要目标，矿区内各变电站的全部数据信息输入到广域保护系统中，实施广域后备保护、保护定值调整、优化安稳控制策略，实现区域内保护与层次化保护控制系统方案设计控制的协调配合。

就地保护和站域保护的控制系统在变电站内部，不受外部通讯影响，当发生故障时能够及时响应。广域保护系统通过通信网络进行变电站之间的数据交流处理，网络系统直接影响广域保护系统的可靠性，所以当矿用变电站层次化保护系统的网络发生故障时，就地保护系统和站域保护系统仍然能够有效运行，但是广域保护系统将会丧失部分甚至全部控制功。

2.矿用变电站层次保护系统设计

矿用变电站层次化保护系统由就地保护系统、站域保护系统和广域保护系统三级构成。其中就地保护基于现有保护配置保护独立的电气元件，站域保护系统和广域保护系统不控制就地保护功能；构建站域保护系统时分别将各电压等级的变电站接入到站域保护主机上，保护功能依靠各个变电站的数据信息，站域保护系统布置上属于间隔层装置，功能上属于站控层设备；广域保护控制主机布置在矿区内枢纽变电站，通过网络通讯接入各个变电站系统实现后备保护及安稳控制的功能。就地、站域、广域多重保护系统构成的矿用变电站层次化保护系统是矿区电网安全稳定的基石，图2为矿用变电站层次化保护系统的构架。

图2 矿用变电站层次化保护系统的构架

3.矿用变电站层次化保护系统的功能配置

(1)就地保护功能配置

矿用变电站多层次保护系统中就地保护面向单个被保护对象，通过被保护对象自身信息独立决策，当电气元件发生故障时通过反馈机制快速地切除故障设备，提升系统的可靠性。

表1 就地保护功能配置

(2)站域保护系统功能配置

变电站的设备监控系统将全站的数据信息输入到矿用变电站多层次保护系统的站域保护系统中，通过多个变电站实现多信息冗余，庞大的数据信息提升系统的决策能力，并且确保变电站内部后备电气件的保护，数据处理能力的冗余也提升了就地保护系统的可靠性。

表2 站域保护系统功能配置

(3)广域保护控制功能配置

在矿区电网系统的枢纽变电站设置广域保护系统对矿区电网的数据信息进行全局处理，不仅可以对不同变电站控制，还对各个变电站的输出做规划，增加了矿区电网系统的冗余配置；同时通过大数据智能算法对矿区变电站进行控制，保障矿区电网的稳定性，可协调后备保护、稳定控制，提升变电站的保护系统自适应和自动化水平。继电保护和安全自动控制构成广域保护系统，广域保护系统中后备保护采用配置差动原理确保站间的后备保护；广域保护系统中采用电网拓扑分析、稳定预测、紧急控制等功能对电网状态进行观测，确保电网稳定运行。广域保护系统主要功能配置如表3所示。

表3 广域保护系统功能配置

4.结论

（1）采用矿用变电站层次保护系统时，当矿区内的电气设备或者电网发生故障时，保护系统首先准确的将故障区域的电力系统进行隔离，并且减少不必要的隔离，同时通过数据信息判断是否能够启用备用电路，尽量不影响矿区的供电，提升矿区的生产效率。

（2）矿用变电站层次保护系统变电站内设备之间、变电站之间的信息实现了共享和交互，增强电网系统的安全性。